Schwere- und Magnetfelder

Um das Innere eines Planeten zu erkunden, lassen sich intern erzeugte Felder wie zum Beispiel Schwere- und Magnetfeld nutzen, welche sich an der Oberfläche und bis in den Weltraum messen lassen. Während das Schwerefeld durch die Massenverteilung im Körper erzeugt wird, und dadurch zeitlich relativ stabil ist, wird ein planetares Magnetfeld durch interne dynamische Prozesse erzeugt und kann sich mit der Zeit signifikant ändern. Durch die Messung des gegenwärtigen Zustandes eines Feldes und die noch messbare Veränderung zu früherer Zeit, wie die Magnetisierung von Gesteinen, lässt sich eine Menge über die globale Entwicklung eines Planeten sagen.

Die derzeit effektivste Methode, das Schwerefeld eines Planeten zu erkunden, ist die Messung der Umlaufbahn eines Satelliten, welche durch lokale Schwere-Anomalien verändert wird. Diese Störungen werden genutzt um die globale Gravitation zu rekonstruieren, normalerweise in der Form von Geoid- (oder Äquipotential-) Anomalien in Bezug zu einem Rotationsellipsoid (das Schwerefeld eines rotierenden Planeten ohne Massenanomalien). Eine genaue Kenntnis des Schwerefeldes hilft bei der Bestimmung des topographischen Reliefs, welches ein weiterer wichtiger Parameter zur Lösung des gravimetrischen Inversionsproblems ist. Nach Erhalt der Daten über das Schwerefeld und der Topographie sowie mit Annahmen über die Krusten- und Manteldichte, können Modelle für den Aufbau der Kruste, der Mächtigkeit der äußeren elastischen Platte (elastische Lithosphäre) und manchmal sogar für die Kern-Mantel-Grenze entwickelt werden.

Im Falle des Mondes weist die Analyse des Schwerefeldes und der Topographie auf eine Dichotomie der Krustenmächtigkeit hin. So hat die erdferne Seite des Mondes eine wesentlich mächtigere Kruste im Vergleich zur erdnahen Seite. Außerdem wurden Gegenden hoher Massenkonzentration, so genannte "Mascons", im Zentrum vieler durch Meteoriten hervorgerufener großer Impaktstrukturen erkannt. Diese Mascons lassen sich durch die Auffüllung des Impaktbecken mit basaltischer Lava erklären, welche eine höhere Dichte hat als die Primärkruste.

Wie für den Mond wurde auch beim Mars durch die Untersuchung des Schwerefeldes und der Topographie eine Krustendichotomie entdeckt. Die Krustenmächtigkeit nimmt von der nördlichen zur südlichen Hemisphäre um 30 km zu. Eine dominante Erscheinung im Schwerefeld und der Topographie des Mars ist die Tharsis-Region; eine riesige durch Vulkanismus hervorgerufene Aufwölbung nah am Äquator. Modellierungen des Schwerefeldes zeigen, dass die Tharsis-Region nicht isostatisch ausgeglichen ist, sondern durch eine mehr als 100 km mächtige elastische Lithosphäre gehalten wird.

Auf der Venus korreliert das Schwerefeld auch für langwellige Strukturen stark mit der Topographie. Diese Übereinstimmung ist relativ unüblich. Eine mögliche Erklärung wäre die Bildung der Topographie der Venus durch eine großräumige Mantelkonvektion zusammen mit dem Vorhandensein einer dünnen elastischen Lithosphäre.

Die Informationen zu diesem Highlight der Woche stammen von Dr. Doris Breuer und Martin Pauer aus der Abteilung Planetenphysik. Ein Hauptziel der Abteilung besteht in der modellhaften Herausarbeitung von Gemeinsamkeiten und Unterschieden zwischen der Erde und den terrestrischen Planeten.